দৈনন্দিন জীবনে মানুষ যে চুম্বকগুলো ব্যবহার করে সেগুলো বেশিরভাগই সরল দুই-মেরুর বিষয়: একটি উত্তর ও একটি দক্ষিণ, একটি ধনাত্মক ও একটি ঋণাত্মক। এই পরিচিত বিন্যাস, যা ডাইপোল নামে পরিচিত, রেফ্রিজারেটরের চুম্বক থেকে শুরু করে হার্ড ড্রাইভের ভেতরের রিড হেড পর্যন্ত সবকিছুর ভিত্তি। কিন্তু কোয়ান্টাম মেকানিক্স পরিণত হওয়ার সঙ্গে সঙ্গে গবেষকরা আবিষ্কার করেছেন যে নির্দিষ্ট কিছু স্ফটিকীয় পদার্থের ভেতরে চুম্বকত্ব আরও অদ্ভুত রূপ নিতে পারে, যার মধ্যে রয়েছে একটি "অক্টুপোলার ক্রম", যেখানে কণার একটি জালিকা সমষ্টিগতভাবে এমনভাবে আচরণ করে যেন এটি প্রচলিত দুটির বদলে আটটি চৌম্বক মেরু বহন করছে।
এই উচ্চতর-ক্রমের চৌম্বকীয় অবস্থাগুলোর সমস্যা হলো এগুলো পর্যবেক্ষণ করা অত্যন্ত কঠিন। এগুলোর নিট চৌম্বকীয় ভ্রামক প্রায়শই বাতিল হয়ে যায়, ফলে প্রচলিত পরীক্ষামূলক যন্ত্রপাতি এমন একটি ক্রমের প্রতি কার্যত অন্ধ হয়ে থাকে যা পদার্থে সব সময়ই উপস্থিত। টরন্টো বিশ্ববিদ্যালয়ের একদল কোয়ান্টাম পদার্থবিদ এখন ইলেকট্রন ঘোরার সময় উৎপন্ন পারমাণবিক কম্পন অনুসন্ধানে আলো ব্যবহার করে এমন লুকানো অবস্থা শনাক্ত করার একটি পদ্ধতি প্রদর্শন করেছেন। Physical Review Letters-এ প্রকাশিত এই গবেষণাটিকে এর লেখকরা পরবর্তী প্রজন্মের ডেটা স্টোরেজ ও কম্পিউটিং হার্ডওয়্যারে মাল্টিপোলার চুম্বকত্ব কাজে লাগানোর দিকে একটি গুরুত্বপূর্ণ প্রথম পদক্ষেপ হিসেবে বর্ণনা করেছেন।
একটি চৌম্বকীয় ক্রম যা সাধারণ যন্ত্র দেখতে পারে না
পাঠ্যবইয়ের চুম্বকত্ব একটি সরল চিত্র ধরে নেয়: প্রতিটি চৌম্বকীয় পরমাণু একটি ক্ষুদ্র দণ্ডচুম্বকের মতো কাজ করে, এবং সেই দণ্ডগুলোর সমষ্টিগত সারিবদ্ধতা আমাদের পর্যবেক্ষিত প্রভাব সৃষ্টি করে। মাল্টিপোলার চুম্বকত্ব সেই চিত্র ভেঙে দেয়। সরল এক জোড়া মেরুর বদলে স্ফটিকের ভেতরে কণার বিন্যাস আরও জটিল জ্যামিতিক স্বাক্ষর তৈরি করে — অক্টুপোলার ক্ষেত্রে এমন একটি স্বাক্ষর, যা পড়তে গেলে মনে হয় গঠনজুড়ে আটটি মেরু ছড়িয়ে আছে।
যেহেতু মেরুগুলো প্রতিসমভাবে সাজানো থাকে, তাই এগুলোর অবদান এমনভাবে বাতিল হতে পারে যা আদর্শ চৌম্বকীয় পরিমাপ থেকে অন্তর্নিহিত ক্রমটিকে লুকিয়ে রাখে। টরন্টো বিশ্ববিদ্যালয়ের পদার্থবিদ্যা বিভাগ এবং সেন্টার ফর কোয়ান্টাম ইনফরমেশন অ্যান্ড কোয়ান্টাম কন্ট্রোলের অধ্যাপক এবং এই কাজের জ্যেষ্ঠ লেখক অরুণ পরমেকান্তি চ্যালেঞ্জটি স্পষ্টভাবে তুলে ধরেছেন: দলটি একটি লুকানো চৌম্বকীয় অবস্থার স্বাক্ষর শনাক্ত করেছে যা সাধারণ প্রোব ব্যবহার করে শনাক্ত করা যায় না।
এই অদৃশ্যতাই এই ক্ষেত্রের কেন্দ্রীয় বাধা। যে চৌম্বকীয় অবস্থা নির্ভরযোগ্যভাবে পড়া যায় না, সেটি এমন একটি চৌম্বকীয় অবস্থা যা নির্ভরযোগ্যভাবে ব্যবহারও করা যায় না, তার তাত্ত্বিক বৈশিষ্ট্য যতই সম্ভাবনাময় হোক না কেন।
কাইরাল ফোনন শোনার জন্য আলো ব্যবহার
টরন্টোর গবেষকরা সমস্যাটির কাছে পরোক্ষভাবে পৌঁছেছেন। চৌম্বকীয় ক্রম সরাসরি পরিমাপ করার চেষ্টা করার বদলে তারা একটি স্ফটিকীয় পদার্থের উপর আলো ফেলেছেন এবং এর পারমাণবিক গঠনের ভেতরে অতি ক্ষুদ্র কম্পন সৃষ্টি করেছেন। তারা দেখেছেন, সেই কম্পনগুলো এমন চৌম্বকীয় বিন্যাসের তথ্য বহন করে যা প্রচলিত কৌশলগুলো মিস করে।
দলটি যে নির্দিষ্ট কম্পনশক্তি প্যাকেটগুলোর উপর মনোযোগ দিয়েছে সেগুলো ফোনন নামে পরিচিত, যা একটি কঠিন পদার্থের স্ফটিক জালিকার মধ্য দিয়ে এমনভাবে চলে যেমনভাবে একটি টানানো তারের মধ্য দিয়ে তরঙ্গ যায়। এগুলোর মধ্যে গবেষকরা কাইরাল ফোনন বেছে নিয়েছেন: এমন কম্পন মোড যা নিজের আয়নার প্রতিবিম্বের সঙ্গে মেলে না।
হাতিয়ারি কেন গুরুত্বপূর্ণ
কাইরাল শব্দটি গ্রিক শব্দ থেকে এসেছে যার অর্থ হাত, এবং উপমাটি যথাযথ। একটি বাঁ হাত একটি ডান হাতের উপর পরিষ্কারভাবে বসতে পারে না, যদিও দুটো একে অপরের আয়নার প্রতিবিম্ব। কাইরাল ফোননের ঠিক এই ধরনের হাতিয়ারি রয়েছে, এবং এই বৈশিষ্ট্যই জালিকায় অন্যথায় অদৃশ্য চৌম্বকীয় বিন্যাসের সঙ্গে সংযুক্ত হতে দেখা যায়।
আলো এই হাতিয়ারি কম্পনগুলোর সঙ্গে কীভাবে মিথস্ক্রিয়া করে তা পর্যবেক্ষণ করে দলটি এমন চৌম্বকীয় ক্রমের উপস্থিতি অনুমান করতে পেরেছে যা প্রচলিত পরিমাপে কোনো স্পষ্ট চিহ্ন রাখে না। এই পদ্ধতি কার্যকরভাবে স্ফটিকের নিজস্ব পারমাণবিক গতিকে এমন একটি অবস্থার সেন্সরে পরিণত করে যা অন্যথায় লুকানোই থেকে যেত।
রিড-রাইট মেমোরি ও কোয়ান্টাম ডিভাইসের দিকে
উচ্চতর-ক্রমের চুম্বকত্বের ব্যবহারিক আকর্ষণ নিয়ন্ত্রণের মধ্যে নিহিত। যদি একটি চৌম্বকীয় অবস্থা নির্ভরযোগ্যভাবে পরিবর্তন করা যায় এবং ফিরে পড়া যায়, তবে তা একটি বিট হিসেবে কাজ করতে পারে। মাল্টিপোলার ক্রমগুলো আকর্ষণীয় প্রার্থী কারণ এগুলো নির্দিষ্ট ধরনের ব্যাঘাতের বিরুদ্ধে টেকসই, আবার নীতিগতভাবে পরিবর্তনযোগ্য।
পরমেকান্তি উল্লেখ করেছেন যে এই গবেষণা কয়েকটি প্রয়োগে উচ্চতর-ক্রমের চুম্বক ব্যবহারের সম্ভাবনা খুলে দেয়, যার মধ্যে রয়েছে দৈনন্দিন কম্পিউটারে পাওয়া ধরনের নিয়ন্ত্রণযোগ্য রিড-রাইট মেমোরি উপাদান। দলটি এবং বৃহত্তর ক্ষেত্রটি যে সম্ভাব্য দিকগুলো চিহ্নিত করেছে সেগুলোর মধ্যে রয়েছে:
- এমন মেমোরি সেল যার চৌম্বকীয় অবস্থা প্রচলিত ক্ষেত্র-সেন্সিংয়ের বদলে অপটিক্যাল বা কম্পনজনিত স্বাক্ষরের মাধ্যমে পড়া ও লেখা হয়।
- এমন ডেটা স্টোরেজ স্থাপত্য যা একটি একক পদার্থে আরও বেশি পার্থক্যযোগ্য অবস্থা ধরে রাখতে মাল্টিপোলার ক্রম কাজে লাগায়।
- এমন কোয়ান্টাম প্রযুক্তি যা স্ফটিকীয় কঠিন পদার্থের ভেতরে দীর্ঘস্থায়ী, সুসুরক্ষিত অভ্যন্তরীণ অবস্থার উপর নির্ভর করে।
- এমন কম্পিউটিং উপাদান যেখানে আলো-প্ররোচিত জালিকা কম্পন দ্বারা সুইচিং চালিত হয়।
এই প্রয়োগগুলোর কোনোটিই আসন্ন নয়। টরন্টোর ফলাফল শনাক্তকরণ নিয়ে — একটি লুকানো ক্রম আদৌ পর্যবেক্ষণ করা যায় কি না তা প্রতিষ্ঠা করা নিয়ে — একটি কার্যকর ডিভাইসের প্রকৌশল নিয়ে নয়। কিন্তু শনাক্তকরণ হলো পূর্বশর্ত ধাপ: একটি নির্ভরযোগ্য রিডআউট ব্যবস্থা ছাড়া অক্টুপোলার ক্রমের উপর নির্মিত যেকোনো মেমোরি বা লজিক উপাদানের নকশা অনুমানের উপর নির্ভর করবে।
খোলা প্রশ্ন ও সামনের পথ
মাল্টিপোলার চুম্বকত্ব পদার্থবিদ্যা গবেষণাগার থেকে ব্যবহারিক প্রযুক্তির দিকে এগিয়ে যাওয়ার আগে কয়েকটি প্রশ্ন রয়ে গেছে। গবেষকদের নির্ধারণ করতে হবে বিভিন্ন পদার্থ ও তাপমাত্রায় কাইরাল ফোনন স্বাক্ষর কতটা টেকসই, একটি অবস্থা কত দ্রুত পরিবর্তন করা যায় তা এটিকে উপযোগী করে তোলা ক্রমটি ধ্বংস না করে, এবং একই অপটিক্যাল প্রোব পড়ার পাশাপাশি লেখার জন্যও অভিযোজিত করা যায় কি না।
এই কাজের বৃহত্তর তাৎপর্য পদ্ধতিগত। বছরের পর বছর ধরে মাল্টিপোলার চৌম্বকীয় ক্রমগুলো পূর্বাভাস দেওয়া ও বিতর্ক করা হয়েছে মূলত কারণ পরীক্ষামূলকভাবে এগুলো নিশ্চিত করা এত কঠিন ছিল। আলো-চালিত কম্পন বর্ণালীবিদ্যা একটি অক্টুপোলার অবস্থা প্রকাশ করতে পারে তা প্রদর্শন গবেষকদের সেই পূর্বাভাসগুলো সরাসরি পরীক্ষা করার একটি নতুন যন্ত্র দিয়েছে।
আপাতত, ফলাফলটি একটি বিশ্ববিদ্যালয়ের কোয়ান্টাম পদার্থবিদ্যা দলের একটি প্রমাণ-নীতিরূপে দাঁড়িয়ে আছে, যা একটি পিয়ার-রিভিউড জার্নালে প্রকাশিত। এর গুরুত্ব কোনো একক ডিভাইসে কম, বরং এই সত্যে বেশি যে চুম্বকত্বের একটি লুকানো রূপ দৃশ্যমান করা হয়েছে — এবং চুম্বকত্বের একটি লুকানো রূপ, একবার দৃশ্যমান হলে, প্রকৌশলীরা যেটি নিয়ন্ত্রণ করার কথা ভাবতে শুরু করতে পারেন এমন কিছু হয়ে ওঠে।
এই নিবন্ধটি Phys.org-এর প্রতিবেদনের উপর ভিত্তি করে। মূল নিবন্ধটি পড়ুন।
Originally published on phys.org
